JP2007228905A - Method for detecting protein phosphatase activity on chip - Google Patents

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Kazunori Inamori
和紀 稲森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for profiling especially kinetics in various protein phosphatases comprehensively by detecting the phosphorylation of substrate peptide by a simple procedures rapidly by using an inexpensive substance and without requiring a specific technology. <P>SOLUTION: This method for detecting the protein phosphatase activity by detecting the phosphorylation of the peptide or protein immobilized on a substrate plate is characterized by effecting e.g. a chelating compound described in formula (I) on the phosphorilated peptide or protein, and then detecting the de-phosphorylation by using a fluorescence or chemical luminescence. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板上にペプチドもしくは蛋白質が1もしくは複数種固定化されてなるアレイを用いたプロテインフォスファターゼ活性の解析方法であって、アレイ上でリン酸化されたペプチドもしくは蛋白質にキレート性化合物を作用させ、蛍光もしくは化学発光を用いて検出することによりプロテインフォスファターゼ活性を検出する方法に関する。本発明により、迅速で効率的であり、しかも簡便に網羅的なプロテインフォスファターゼ活性の解析を実現することができる。   The present invention relates to a method for analyzing protein phosphatase activity using an array in which one or more kinds of peptides or proteins are immobilized on a substrate, wherein a chelating compound acts on the peptide or protein phosphorylated on the array And detecting the protein phosphatase activity by detection using fluorescence or chemiluminescence. According to the present invention, it is possible to realize a rapid and efficient analysis of protein phosphatase activity that is simple and comprehensive.

近年、細胞内シグナル伝達に関する研究は飛躍的に進歩しており、増殖因子やサイトカインにより活性化した細胞表面の受容体からどのように核へシグナルが伝達されるかはもとより、細胞周期、接着、運動、極性、形態形成、分化、生死などを制御する様々なシグナル伝達経路の実態が明らかになってきた。これらのシグナル伝達経路は独立して機能しているのではなく、互いにクロストークしあい、システムとして機能している。そして、癌をはじめ色々な疾病の原因が、これらのシグナル伝達経路の異常として説明されるようになってきた。   In recent years, research on intracellular signal transduction has progressed dramatically, not only how signals are transmitted to the nucleus from cell surface receptors activated by growth factors and cytokines, but also cell cycle, adhesion, The reality of various signaling pathways that control movement, polarity, morphogenesis, differentiation, life and death, etc. has become clear. These signaling pathways do not function independently, but cross-talk with each other and function as a system. The causes of various diseases including cancer have been explained as abnormalities in these signal transduction pathways.

上述したシグナル伝達経路においては、蛋白質のリン酸化修飾に関与する様々な種類のプロテインキナーゼが複雑に関連しあいながら重要な役割を果たしていることが知られている。同時に、リン酸化された蛋白質の脱リン酸化を触媒するプロテインフォスファターゼについても重要な位置づけを占めている。これらプロテインフォスファターゼの活性を網羅的に解析して、その細胞内における動態を一度にプロファイリングすることができれば、細胞生物学、薬学の基礎的研究はもとより、創薬開発、臨床応用などの分野においても大きく寄与しうるものと期待される。しかしながら、これまでには簡便で効率よく種々のプロテインフォスファターゼにおける動態を同時にプロファイリングできるような技術は、未だ確立されていないのが現状である。   In the signal transduction pathway described above, it is known that various types of protein kinases involved in protein phosphorylation modification play an important role in a complex manner. At the same time, protein phosphatase, which catalyzes the dephosphorylation of phosphorylated protein, occupies an important position. If we can comprehensively analyze the activities of these protein phosphatases and profile their intracellular dynamics at once, we will be able to apply them not only to basic research in cell biology and pharmacology, but also in fields such as drug development and clinical applications. It is expected to contribute greatly. However, at present, a technology that can simultaneously and efficiently profile the dynamics of various protein phosphatases has not yet been established.

例えば、蛍光部分を有するプロテインフォスファターゼの基質ペプチドを用いた蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)により、プロテインフォスファターゼ活性を確認する方法が報告されている(特許文献1)。また、リン酸化ペプチド由来のシグナルについてマススペクトル測定することで、リン酸化部位の解析を行う方法が示されている(非特許文献1)。更に、32Pを用いた方法も古くから行われている(非特許文献2)。しかしながら、これらの方法はいずれもスループット性が低く、網羅的な解析を行ううえでは十分なものとはいえない。 For example, a method for confirming protein phosphatase activity by fluorescence resonance energy transfer (FRET) using a substrate peptide of protein phosphatase having a fluorescent moiety has been reported (Patent Document 1). Moreover, the method of analyzing a phosphorylation site | part is shown by measuring a mass spectrum about the signal derived from a phosphorylated peptide (nonpatent literature 1). Furthermore, a method using 32 P has been performed for a long time (Non-patent Document 2). However, these methods have low throughput and are not sufficient for comprehensive analysis.

特表2005−538164号公報JP-T-2005-538164 Rapid Commun. Mass Spectrum.,第17巻、第1493〜1496頁(2003年発行)Rapid Commun. Mass Spectrum. , Volume 17, pages 1493-1496 (issued in 2003) プロテインキナーゼとホスファターゼ(株式会社メディカル・サイエンス・インターナショナル発行)第172〜188頁Protein kinases and phosphatases (published by Medical Science International, Inc.) pp. 172-188

本発明は、安価な物質を用いて迅速でしかも特別な技術を必要としない簡易な手法によりペプチドもしくは蛋白質の脱リン酸化を検出することにより、特に種々のプロテインフォスファターゼにおける動態を網羅的にプロファイリングできる方法を確立しようとするものである。   The present invention can comprehensively profile the kinetics of various protein phosphatases in particular by detecting dephosphorylation of peptides or proteins by a simple method that uses inexpensive materials and does not require special techniques. Try to establish a method.

本発明者らは、上記事情に鑑み鋭意検討を重ねた結果、基板上にプロテインキナーゼを認識するペプチドもしくは蛋白質が固定化されてなるアレイを用いて、リン酸化されたペプチドもしくは蛋白質にキレート性化合物を作用させ、蛍光もしくは化学発光を用いてリン酸化を検出する方法が、様々なプロテインキナーゼ動態を迅速に特に網羅的な解析を行う上で極めて有用であることを見出し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies in view of the above circumstances, the present inventors have used chelating compounds to phosphorylated peptides or proteins using an array in which peptides or proteins recognizing protein kinases are immobilized on a substrate. The present inventors have found that a method for detecting phosphorylation using fluorescence or chemiluminescence is extremely useful for rapid and particularly comprehensive analysis of various protein kinase kinetics.

本発明は、以下のような構成からなる。
(1)基板上に固定化されたペプチドもしくは蛋白質の脱リン酸化を検出する方法であって、ペプチドもしくは蛋白質が固定化されている基板にキレート性化合物を作用させた後、蛍光もしくは化学発光を用いてリン酸化を検出することを特徴とするプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
(2)キレート性化合物がポリアミン亜鉛錯体であることを特徴とする(1)のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
(3)キレート性化合物がポリアミン化合物を配位子として有する二核亜鉛錯体であることを特徴とする(1)又は(2)のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
(4)キレート性化合物が式(I)に記載される化合物であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかのプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
(5)基板がガラスであることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
(6)表面が金であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかのプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
(7)末端にシステイン残基の付加されているペプチドが固定化されてなることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかのプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
(8)キレート性化合物に蛍光性物質もしくは化学発光性物質により修飾された化合物を用いることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかのプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
(9)キレート性化合物にビオチンで修飾された化合物を用い、かつ蛍光性物質もしくは化学発光性物質により修飾されたアビジンもしくはストレプトアビジンを作用させることを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
(10)ビオチンで修飾されたキレート性化合物と蛍光性物質もしくは化学発光性物質により修飾されたアビジンもしくはストレプトアビジンとの複合体を用いることを特徴とする(1)〜(8)のいずれかのプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
The present invention has the following configuration.
(1) A method for detecting dephosphorylation of a peptide or protein immobilized on a substrate, wherein a chelating compound is allowed to act on the substrate on which the peptide or protein is immobilized, followed by fluorescence or chemiluminescence. A method for detecting protein phosphatase activity, characterized by using the method to detect phosphorylation.
(2) The method for detecting protein phosphatase activity according to (1), wherein the chelating compound is a polyamine zinc complex.
(3) The method for detecting protein phosphatase activity according to (1) or (2), wherein the chelating compound is a binuclear zinc complex having a polyamine compound as a ligand.
(4) The method for detecting protein phosphatase activity according to any one of (1) to (3), wherein the chelating compound is a compound described in formula (I).
(5) The method for detecting protein phosphatase activity according to any one of (1) to (4), wherein the substrate is glass.
(6) The method for detecting protein phosphatase activity according to any one of (1) to (5), wherein the surface is gold.
(7) The method for detecting protein phosphatase activity according to any one of (1) to (6), wherein a peptide having a cysteine residue added thereto is immobilized.
(8) The method for detecting protein phosphatase activity according to any one of (1) to (7), wherein the chelating compound is a compound modified with a fluorescent substance or a chemiluminescent substance.
(9) Any one of (1) to (8), wherein the chelating compound is a compound modified with biotin and avidin or streptavidin modified with a fluorescent substance or a chemiluminescent substance is allowed to act A method for detecting protein phosphatase activity according to claim 1.
(10) A complex of a chelating compound modified with biotin and an avidin or streptavidin modified with a fluorescent substance or a chemiluminescent substance, wherein any one of (1) to (8) A method for detecting protein phosphatase activity.

本発明の方法により、特殊な技術を要することもなく、非常に簡便で迅速に様々なプロテインフォスファターゼの動態の解析を行うことが可能となった。キレート化合物を用いることにより、安価で取り扱いも容易であるうえに、リン酸化アミノ酸の種類やその近傍のアミノ酸配列により依存されない点でも従来の方法と比べて大きな優位性がある。本発明を利用することにより、特に多種類のプロテインフォスファターゼシグナルを網羅的に解析することができ、機能が未知な遺伝子の導入、あるいは薬物投与に伴う細胞内のプロテインフォスファターゼ動態を効果的にプロファイリングすることができる。これにより新規な遺伝子からの機能解析、新薬探索へのアプローチといったゲノム創薬への展開が期待される。   The method of the present invention has made it possible to analyze the dynamics of various protein phosphatases in a very simple and rapid manner without requiring special techniques. By using a chelate compound, it is inexpensive and easy to handle, and has a significant advantage over conventional methods in that it is not dependent on the type of phosphorylated amino acid or the amino acid sequence in the vicinity thereof. By using the present invention, it is possible to comprehensively analyze various types of protein phosphatase signals, and effectively profile protein phosphatase kinetics in cells accompanying the introduction of genes with unknown functions or drug administration. be able to. This is expected to expand into genomic drug discovery, such as functional analysis from new genes and approaches to drug discovery.

本発明における基板上のリン酸化されたペプチドもしくは蛋白質の検出方法としては、従来からよく知られているような蛍光性物質もしくは化学発光性物質を利用して行う。蛍光性物質は特に限定されるものではなく、あらゆる蛍光性化合物が適用される。例えば、FITC,6−FAM.Cy3、Cy5,Texas Red,TAMRA,APCなど一般的な蛍光アッセイに際して用いられるものが例示される。また、化学発光性物質を用いる場合についても特に限定されるものではなく、例えば、ルミノール、ルシゲリン、ロフィンなど一般的な化合物が例示される。   The method for detecting a phosphorylated peptide or protein on a substrate in the present invention is performed using a fluorescent substance or a chemiluminescent substance as is well known. The fluorescent substance is not particularly limited, and any fluorescent compound is applied. For example, FITC, 6-FAM. Examples thereof include those used in general fluorescence assays such as Cy3, Cy5, Texas Red, TAMRA, and APC. Moreover, it is not specifically limited about the case where a chemiluminescent substance is used, For example, common compounds, such as a luminol, a luciferin, and a lophine, are illustrated.

本発明において、基質として用いられるペプチドもしくは蛋白質はプロテインフォスファターゼの動態を網羅的にプロファイリングすることが目的であるので、1種類のペプチドもしくは蛋白質は1種類のプロテインフォスファターゼによってのみ脱リン酸化され、他のプロテインフォスファターゼによっては脱リン酸化されないのが理想であり好ましい。プロテインフォスファターゼの基質となるアミノ酸配列は公知であるか、公知の配列に基づき適宜選択することが可能である。本発明のアレイがその動態の把握を必要とする複数のプロテインフォスファターゼの種類に対応した種類のペプチドもしくは蛋白質を固定化していれば、1枚のアレイで全てのプロテインフォスファターゼのプロファイリングをすることができ好ましい。もちろん1つのアレイに1種のみのプロテインフォスファターゼに対応するペプチドもしくは蛋白質を固定化し、必要な数のアレイを使用してプロテインフォスファターゼのプロファイリングを行ってもよい。   In the present invention, since the peptide or protein used as a substrate is intended to comprehensively profile the kinetics of protein phosphatase, one type of peptide or protein is dephosphorylated only by one type of protein phosphatase, It is ideal and preferred that protein phosphatase is not dephosphorylated. The amino acid sequence serving as a substrate for protein phosphatase is known or can be appropriately selected based on the known sequence. If the array of the present invention immobilizes peptides or proteins of a type corresponding to a plurality of types of protein phosphatases that need to grasp their kinetics, all the protein phosphatases can be profiled with one array. preferable. Of course, a peptide or protein corresponding to only one type of protein phosphatase may be immobilized on one array, and protein phosphatase profiling may be performed using the required number of arrays.

本発明において用いられるアレイの基板としては、ガラスが最も一般的で好ましいが、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、アクリルなどのプラスチック類も挙げることができる。透明なガラスは容易に入手しやすく、汎用性の点でも特に有利である。ガラス基板を用いる場合、ガラスの種類や基板の厚さは特に限定されるものではないが、厚さとしては0.1〜20mm程度が好ましく、例えば1〜2mm程度の基板が用いられる。大きさや形状に関しても特に限定されるものではないが、一般に普及されているアレイ解析装置への対応性を考慮すると、通常市販されているスライドグラスのサイズと同じものを用いるのが好ましい。   As the substrate of the array used in the present invention, glass is the most common and preferred, but plastics such as polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, and acrylic can also be mentioned. Transparent glass is easily available and is particularly advantageous in terms of versatility. When a glass substrate is used, the type of glass and the thickness of the substrate are not particularly limited, but the thickness is preferably about 0.1 to 20 mm, for example, a substrate of about 1 to 2 mm is used. Although the size and shape are not particularly limited, it is preferable to use the same size as that of a commercially available slide glass in consideration of compatibility with a widely used array analyzer.

基板表面に関しては、例えばガラス表面に公知の方法に基づいてシランカップリングのような化学修飾を行い、官能基を導入されたものを用いることができる。具体的な官能基としては、アミノ基、カルボキシル基。チオール基、エポキシ基などが挙げられる。あるいは、基板の表面が金属薄層でコーティングされていてもよい。コーティングされる金属の種類としては、金、銀、白金などが例示されるが、酸・アルカリ・有機溶媒などに非常に安定性の高い金が好ましい。金を用いる場合、上述したような官能基を末端に有してなるようなアルカンチオール化合物を用いることによる表面化学の改質に関しては、その実績や知見も数多く報告されていることからも、金表面に対して官能基を容易に導入する事ができる点で有用である。   With respect to the substrate surface, for example, a glass surface that has been subjected to chemical modification such as silane coupling based on a known method and introduced with a functional group can be used. Specific functional groups include an amino group and a carboxyl group. Examples include thiol groups and epoxy groups. Alternatively, the surface of the substrate may be coated with a thin metal layer. Examples of the type of metal to be coated include gold, silver, platinum and the like, but gold that is very stable in acid, alkali, organic solvent, and the like is preferable. In the case of using gold, since there have been many reports and findings on the modification of surface chemistry by using an alkanethiol compound having a functional group at the end as described above, This is useful in that a functional group can be easily introduced to the surface.

金属、特に金をコーティングする場合、その方法は特に限定されるものではないが、一般的に蒸着法、スパッタリング法、イオンコーティング法などが選択される。金属薄層の厚みをナノレベルでコントロールするのが好ましい。金属薄層の厚みも特に限定されるものではないが、一般的には20〜100nm、好ましくは30〜80nmの範囲で選択される。また、金属薄層の剥離を抑制するために、0.5〜10nm程度、好ましくは1〜5nm程度のクロム層やチタン層を予め基板にコーティングしておいてもよい。   In the case of coating a metal, particularly gold, the method is not particularly limited, but generally a vapor deposition method, a sputtering method, an ion coating method or the like is selected. The thickness of the thin metal layer is preferably controlled at the nano level. The thickness of the metal thin layer is not particularly limited, but is generally selected in the range of 20 to 100 nm, preferably 30 to 80 nm. In order to suppress the peeling of the thin metal layer, a chromium layer or a titanium layer of about 0.5 to 10 nm, preferably about 1 to 5 nm may be coated on the substrate in advance.

本発明において、ペプチドもしくは蛋白質とは、複数のアミノ酸が縮合結合されて連結された通常のポリペプチド全般を指すものである。プロファイリングの対象となるプロテインフォスファターゼとしては、リン酸化された蛋白質のセリン、スレオニン、チロシンなどのアミノ酸を脱リン酸化する酵素が挙げられ、例えばPP1、PP2A、PP2B、PP2C、PTPβ、RPTP−BK、SHP−2、TC−PTP、などが例示できるが、基本的にはあらゆる種類のプロテインフォスファターゼに関して適用することが可能である。   In the present invention, the peptide or protein refers to all ordinary polypeptides in which a plurality of amino acids are linked by condensation bonding. Examples of protein phosphatases to be profiled include enzymes that dephosphorylate amino acids such as serine, threonine, and tyrosine of phosphorylated proteins. For example, PP1, PP2A, PP2B, PP2C, PTPβ, RPTP-BK, SHP -2, TC-PTP, etc. can be exemplified, but basically, it can be applied to all types of protein phosphatases.

これら該プロテインフォスファターゼの基質となるペプチドもしくは蛋白質は公知のものであってもよいが、アミノ酸配列は公知の配列に基づき適宜選択することも可能である。ペプチドを用いる場合の長さは一般的に100アミノ酸残基以下のものが用いられるが、好ましくは30アミノ酸残基、より好ましくは8〜25アミノ酸残基、更に好ましくは10〜20アミノ酸残基程度からなるものが用いられる。また、蛋白質を用いる場合の分子量は特に限定されるものではない。上記ペプチドもしくは蛋白質の生成手法は特に限定されるものではなく、化学的もしくは遺伝子工学的な公知の手法により生成することが可能である。本発明においてプロテインフォスファターゼの基質となるペプチドもしくは蛋白質とは、該プロテインフォスファターゼにより脱リン酸化反応を受ける性質を有するペプチドもしくは蛋白質をいうものである。   The peptide or protein serving as a substrate for the protein phosphatase may be a known one, but the amino acid sequence can be appropriately selected based on the known sequence. In the case of using a peptide, a length of 100 amino acid residues or less is generally used, preferably 30 amino acid residues, more preferably 8-25 amino acid residues, still more preferably about 10-20 amino acid residues. Is used. Moreover, the molecular weight in the case of using protein is not specifically limited. The method for producing the peptide or protein is not particularly limited, and can be produced by a known chemical or genetic engineering method. In the present invention, the peptide or protein serving as a protein phosphatase substrate refers to a peptide or protein having a property of undergoing a dephosphorylation reaction by the protein phosphatase.

本発明においては、ペプチドもしくは蛋白質が上述したような基板上に固定化されたアレイを用いる。ペプチドもしくは蛋白質は、プロテインフォスファターゼの基質として機能しうるようなアミノ酸配列を含有するものを少なくとも1つ、好ましくは異なる種類のプロテインフォスファターゼにより脱リン酸化を受けるアミノ酸配列のものを複数種が用いられる。更には、あるいはネガティブコントロールも同じ基板上に固定化されているのが好ましい。合成のしやすさ、取り扱いやすさ、保存安定性などの点では、比較的低分子量のペプチドを用いる方がより好ましい。   In the present invention, an array in which peptides or proteins are immobilized on a substrate as described above is used. As the peptide or protein, at least one containing an amino acid sequence capable of functioning as a protein phosphatase substrate, preferably a plurality of amino acid sequences that are dephosphorylated by different types of protein phosphatases are used. Furthermore, it is preferable that the negative control is also immobilized on the same substrate. In terms of ease of synthesis, ease of handling, storage stability, etc., it is more preferable to use a peptide having a relatively low molecular weight.

本発明に用いられるアレイにおけるペプチドもしくは蛋白質の基板への固定化方法に関しては特に限定されるものではなく、ポリペプチド配列において存在するアミノ基やチオール基を介した方法、あるいはHisタグ、GSTタグ等を用いる方法など様々な様式が挙げられる。   The method for immobilizing peptides or proteins to the substrate in the array used in the present invention is not particularly limited, and is a method through amino groups or thiol groups present in polypeptide sequences, or His tag, GST tag, etc. There are various modes such as a method using.

J.M.BrockmanらによりJ.Am.Chem.Soc.第121巻、第8044〜8051頁(1999年)において報告されているような方法に基づいて、アルカンチオール層を介して固定化し、PEG(ポリエチレングリコール)によりバックグラウンドを修飾する方法を用いてもよい。また、非特異的な影響をより抑えるために、PEGの末端に上述のような官能基が導入された誘導体をアルカンチオールに結合させた後に、ペプチドを固定化することも、スペーサー効果を奏する点で有用である。   J. et al. M.M. See by Brockman et al. Am. Chem. Soc. Based on the method reported in Volume 121, pages 8044-8051 (1999), a method of immobilizing via an alkanethiol layer and modifying the background with PEG (polyethylene glycol) may be used. Good. In addition, in order to further suppress non-specific effects, it is also possible to immobilize a peptide after binding a derivative in which a functional group as described above is introduced to the end of PEG to alkanethiol, which also has a spacer effect. It is useful in.

具体的には、例えば金属薄膜にカルボキシメチルデキストランあるいはカルボキシル基で末端が修飾されたPEGのような水溶性高分子を結合させて表面にカルボキシル基を導入して、EDC(1−エチル−3,4−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド)のような水溶性カルボジイミドを用いてNHS(N−ヒドロキシスクシンイミド)のエステルとして、活性化されたカルボキシル基にペプチドもしくは蛋白質のアミノ基を反応させる方法が挙げられる。あるいは表面をマレイミドにより修飾した後、システインのようなチオール基を含むアミノ酸残基を介して固定化してもよい。この場合のシステイン残基はペプチドの一方の末端に付加されてなるのが好ましい。非特異的な影響を低減させるためには、後者のチオール基を介した固定化方法がより好ましいが、特に限定されるものではない。   Specifically, for example, carboxymethyl dextran or a water-soluble polymer such as PEG having a terminal modified with a carboxyl group is bonded to a metal thin film to introduce a carboxyl group on the surface, and EDC (1-ethyl-3, Examples of NHS (N-hydroxysuccinimide) esters using water-soluble carbodiimides such as 4-dimethylaminopropylcarbodiimide) include reacting amino groups of peptides or proteins with activated carboxyl groups. Alternatively, the surface may be modified with maleimide and then immobilized via an amino acid residue containing a thiol group such as cysteine. In this case, the cysteine residue is preferably added to one end of the peptide. In order to reduce the non-specific influence, the latter immobilization method via a thiol group is more preferable, but it is not particularly limited.

上述したHis−tagやGSTのようなタグを付加したペプチドを固定化する方法も非常に簡便で有用である。この場合には、上述のように金属表面にアルカンチオールを介してアミノ基やカルボキシル基を導入した後に、それぞれNTA(ニトリロ三酢酸)、グルタチオンを金属薄膜上に導入させておくのがよい。His−tagの場合は、NTAを導入したアレイを塩化ニッケルにより処理した後で基質を固定化する。   A method of immobilizing a peptide to which a tag such as His-tag or GST described above is added is also very simple and useful. In this case, it is preferable to introduce NTA (nitrilotriacetic acid) and glutathione on the metal thin film after introducing an amino group or a carboxyl group to the metal surface via alkanethiol as described above. In the case of His-tag, the substrate is immobilized after the NTA-introduced array is treated with nickel chloride.

上述した方法の中では、特にチオール基を介してペプチドを固定化する方法が、特異性、感度の両面から特に好ましい。この場合には、システイン残基を介して固定化を行うのが好ましい。   Among the methods described above, the method of immobilizing a peptide via a thiol group is particularly preferable from the viewpoints of specificity and sensitivity. In this case, the immobilization is preferably performed via a cysteine residue.

固定化されるペプチドのアミノ酸配列において少なくとも1箇所以上のシステイン残基が存在することが好ましい。システイン残基は固定化されるペプチドが本来の機能を奏するために必要なアミノ酸配列として必須な残基として存在している場合であっても、あるいはペプチドが本来の機能を奏するために必要なアミノ酸配列に対してさらに付加された場合であってもよい。固定化されるペプチドにおけるシステイン残基の存在位置は特に限定されないが、好ましくは少なくとも一方の末端に、より好ましくは一方の末端のみに付加されてなる方がよい。一方の末端にシステイン残基を付加させる場合、システイン残基のみを付加してもよいが、固定化されたペプチドの自由度を上げることにより作用させる物質との相互作用の効率を高めるためにスペーサーとして1乃至数残基のアミノ酸配列をさらに付加させてもよい。スペーサー部分のアミノ酸配列は特に限定されないが、なかでもグリシン残基及び/又はアラニン残基もしくはセリン残基が1乃至数個の配列を付加させることが特に好ましい。あるいは、末端のシステイン残基と基質配列との間には、上述のようなアミノ酸配列の替わりに例えばPEG(ポリエチレングリコール)のような親水性高分子が挿入されていてもよい。   It is preferable that at least one cysteine residue is present in the amino acid sequence of the peptide to be immobilized. The cysteine residue is an amino acid necessary for the peptide to be immobilized to have its original function, even if it exists as an essential residue as an amino acid sequence necessary for the peptide to function. It may be a case where it is further added to the sequence. The position of the cysteine residue in the peptide to be immobilized is not particularly limited, but it is preferably added to at least one end, more preferably only to one end. When a cysteine residue is added to one end, only a cysteine residue may be added, but a spacer is used in order to increase the efficiency of interaction with a substance that acts by increasing the degree of freedom of the immobilized peptide. As an amino acid sequence of 1 to several residues may be further added. The amino acid sequence of the spacer portion is not particularly limited, but it is particularly preferable to add a sequence having 1 to several glycine residues and / or alanine residues or serine residues. Alternatively, a hydrophilic polymer such as PEG (polyethylene glycol) may be inserted between the terminal cysteine residue and the substrate sequence instead of the amino acid sequence as described above.

上述のように、チオール基を介してペプチドを固定化する場合、ヘテロ二官能基型リンカーを導入するのが好ましい。ヘテロ二官能基型リンカーの化学構造は特に限定されるものではないが、予めアミノ基を表面に導入した後、スクシンイミド(NHS)基もしくは硫酸スクシンイミド基とマレイミド(MAL)基を有するヘテロ二官能型架橋剤を用いることが特に好ましい。このようなヘテロ二官能型架橋剤としては、ポリエチレングリコール(PEG)のような親水性高分子の両端がNHS基とMAL基で修飾されたものを用いることも可能であるが、ペプチドの固定化収率を向上させるためには、より低分子量のものを用いてもよい。具体的には、式(II)に示す化合物Succinimidyl 4−[N−maleimidomethyl]cyclohexane−1−carboxylate(以下、SMCCと示す。)もしくは式(III)に示す化合物Sulfosuccinimidyl 4−[N−maleimidomethyl]cyclohexane−1−carboxylate(以下、SSMCCと示す。)が挙げられる。なお、式(II)もしくは式(III)に示す化合物と完全に同一構造のものだけを指すのではなく、その機能を損なわない範囲でアナログ化された化合物をも包含される。また、本発明においてはSMCC及びSSMCCのいずれも適用することが可能であるが、水に対する溶解性の点からは、緩衝液のような水系で反応させる場合においてはSSMCCを用いる方がより好ましい。   As described above, when a peptide is immobilized via a thiol group, it is preferable to introduce a heterobifunctional linker. The chemical structure of the heterobifunctional group type linker is not particularly limited, but after introducing an amino group on the surface in advance, a heterobifunctional type having a succinimide (NHS) group or a succinimide sulfate group and a maleimide (MAL) group It is particularly preferable to use a crosslinking agent. As such a heterobifunctional type crosslinking agent, it is possible to use a hydrophilic polymer such as polyethylene glycol (PEG) in which both ends are modified with NHS groups and MAL groups. In order to improve the yield, a lower molecular weight may be used. Specifically, the compound Succinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (hereinafter referred to as SMCC) or the compound Sulfosuccinimidyl 4- [N-maleimidecylimide] represented by the formula (III) -1-carboxylate (hereinafter referred to as SSMCC). It should be noted that not only compounds having the same structure as the compound represented by formula (II) or formula (III) but also compounds analogized within a range not impairing the function thereof are also included. In the present invention, both SMCC and SSMCC can be applied. However, from the viewpoint of solubility in water, it is more preferable to use SSMCC when the reaction is carried out in an aqueous system such as a buffer solution.

PEGのような親水性高分子の両端がNHS基とMAL基で修飾されたものを用いる場合、特にサイズは限定されるものではない。好ましくは、例えば分子量が500〜5000程度であることが好ましく、より好ましくは800〜2000程度、更に好ましくは600〜1200程度のものが用いられる。   When using a polymer having both ends of a hydrophilic polymer such as PEG modified with NHS groups and MAL groups, the size is not particularly limited. Preferably, for example, the molecular weight is preferably about 500 to 5,000, more preferably about 800 to 2,000, and still more preferably about 600 to 1200.

上述のように表面に官能基が導入された基板上にペプチドもしくは蛋白質溶液を作用させてアレイを作製するが、その際にはマニュアル操作で行うことも可能ではあるが、自動スポッターのようなスポッティング装置を用いて行う方が好ましい。自動スポッターの形式や種類は特に制約されるものではなく、一般的に普及されているようなスポッティング装置を用いることが可能である。スポットの大きさについても特に限定されないが、1〜1000μm程度が好ましく、10〜600μmがより好ましく、100〜500μmが更に好ましい。スポットするペプチドもしくは蛋白質溶液は、PBSのような緩衝液に溶解させたものを用いるのが好ましいが、DMSO(ジメチルスルホキシド)のような有機溶媒を適当な比率で混合してあるいはそのまま用いてもよい。   As described above, a peptide or protein solution is allowed to act on a substrate having a functional group introduced on the surface to produce an array. In this case, it is possible to carry out the manual operation, but such as an automatic spotter. It is preferable to use a spotting device. The type and type of the automatic spotter is not particularly limited, and a spotting device that is generally popular can be used. Although it does not specifically limit about the magnitude | size of a spot, About 1-1000 micrometers is preferable, 10-600 micrometers is more preferable, 100-500 micrometers is still more preferable. The peptide or protein solution to be spotted is preferably a solution dissolved in a buffer solution such as PBS, but an organic solvent such as DMSO (dimethyl sulfoxide) may be mixed in an appropriate ratio or used as it is. .

プロファイリングの対象となるプロテインフォスファターゼは市販されているような試薬であってもよいが、細胞由来の抽出液中に既に含まれる、もしくは含まれると推定されるものを用いることも可能である。例えば、バッファーもしくは細胞抽出液または両者混合液中にプロテインフォスファターゼ試薬もしくは細胞抽出液中に既に含まれるプロテインフォスファターゼを加えたものを直接アレイに作用させることにより固定化基質のリン酸化を行うことができる。脱リン酸化の条件はプロテインフォスファターゼの種類により変動するが、通常は10〜40℃程度、好ましくは20〜40℃程度の温度で5分〜8時間程度、好ましくは10分〜5時間程度反応させることで、ペプチドもしくは蛋白質を脱リン酸化することができる。   The protein phosphatase to be subjected to profiling may be a commercially available reagent, but it is also possible to use one that is already contained or presumed to be contained in a cell-derived extract. For example, phosphorylation of the immobilized substrate can be performed by directly acting on the array with a protein phosphatase reagent or a protein phosphatase already contained in the cell extract in a buffer or cell extract or a mixture of both. . The dephosphorylation conditions vary depending on the type of protein phosphatase, but it is usually about 10 to 40 ° C., preferably about 20 to 40 ° C. for about 5 minutes to 8 hours, preferably about 10 minutes to 5 hours. Thus, the peptide or protein can be dephosphorylated.

本発明においては、アレイ上における基質の脱リン酸化を特異的に感度よくモニターするために、リン酸基に対して特異的な結合性を有するキレート化合物を用いることを特徴とする。そして、キレート化合物の結合量が低下する様子をモニターすることにより、脱リン酸化を検出するものである。特に、蛍光もしくは発光の量の消光する様子を直接的もしくは間接的にモニターすることにより検出することが好ましい。キレート化合物とは一般に多座配位子ないしキレート試薬が、亜鉛、鉄、コバルト、パラジウムのような金属イオンに配位して生じた錯体をいうものを指すが、特にリン酸に選択的かつ可逆的に結合する性質を有する化合物が好ましい。キレート化合物として、上述したような蛍光性物質もしくは化学発光性物質により修飾されたものを直接用いてもよい。なかでも、ポリアミン亜鉛錯体を用いることがより好ましい。ポリアミン化合物を配位子として有する二核亜鉛錯体を用いることが更に好ましい。更に、二核亜鉛(II)錯体を基本構造にもつヘキサアミン二核亜鉛(II)錯体を用いることがより好ましい。   In the present invention, a chelate compound having a specific binding property to a phosphate group is used in order to monitor dephosphorylation of a substrate on the array specifically with high sensitivity. And dephosphorylation is detected by monitoring a mode that the binding amount of a chelate compound falls. In particular, it is preferable to detect by directly or indirectly monitoring how the amount of fluorescence or luminescence is quenched. A chelate compound generally refers to a complex formed by coordination of a polydentate ligand or chelating reagent to a metal ion such as zinc, iron, cobalt, or palladium. Compounds having the property of binding to each other are preferred. As the chelate compound, those modified with a fluorescent substance or a chemiluminescent substance as described above may be used directly. Among these, it is more preferable to use a polyamine zinc complex. More preferably, a dinuclear zinc complex having a polyamine compound as a ligand is used. Furthermore, it is more preferable to use a hexaamine dinuclear zinc (II) complex having a dinuclear zinc (II) complex in the basic structure.

このような化合物の典型としては、式(I)に示されるような1,3−ビス[ビス(2−ピリジルメチル)アミノ]−2−ハイドロキシプロパノラート(IUPAC名:1,3−bis[bis(2−pyridylmethyl)amino]−2−propanolatodizinc(II) complex)を基本骨格とするポリアミン化合物を配位子として有する二核亜鉛錯体(ただし、プロパノール骨格の水酸基はアルコラートとして二つの亜鉛2価イオンの架橋配位子になっている)が挙げられるが、本発明は特にこの化合物に限定されるものではない。   A typical example of such a compound is 1,3-bis [bis (2-pyridylmethyl) amino] -2-hydroxypropanolate (IUPAC name: 1,3-bis [ bis (2-pyrylmethyl) amino] -2-propanolatodiincinc (II) complex) as a ligand is a dinuclear zinc complex (provided that the hydroxyl group of the propanol skeleton is an alcoholate with two zinc divalent ions) However, the present invention is not particularly limited to this compound.

上述した錯体化合物は、一般的な化学合成技術を利用して合成することが可能であるが、市販の化合物を原料としても合成することができる。例えば、上記式(I)で示される化合物(ZnL)は、市販の1,3−ビス[ビス(2−ピリジルメチル)アミノ]−2−ハイドロキシプロパンと酢酸亜鉛を原料として次の方法により合成することができる。1,3−ビス[ビス(2−ピリジルメチル)アミノ]−2−ハイドロキシプロパン4.4mmolのエタノール溶液(100ml)に10M水酸化ナトリウム水溶液(0.44ml)を加え、次いで酢酸亜鉛二水和物(9.7mmol)を加える。溶媒を減圧留去することにより褐色のオイルを得ることができる。この残渣に水10mlを加えて溶解後、1M過塩素酸ナトリウム水溶液(3当量)を70℃に加温しながら滴下して加え、析出する無色の結晶を濾取し、加熱乾燥することにより式(I)の構造式で表される酢酸イオン付加体の二過塩素酸塩(ZnL−CHCOO・2ClO ・HO)を高収率で得ることができる。この結晶は一分子の結晶水を含んでいる。 The complex compound described above can be synthesized using a general chemical synthesis technique, but can also be synthesized using a commercially available compound as a raw material. For example, the compound (Zn 2 L) represented by the above formula (I) is obtained by the following method using commercially available 1,3-bis [bis (2-pyridylmethyl) amino] -2-hydroxypropane and zinc acetate as raw materials. Can be synthesized. To a ethanol solution (100 ml) of 4.4 mmol of 1,3-bis [bis (2-pyridylmethyl) amino] -2-hydroxypropane was added 10M aqueous sodium hydroxide solution (0.44 ml), and then zinc acetate dihydrate. (9.7 mmol) is added. A brown oil can be obtained by distilling off the solvent under reduced pressure. To this residue was added 10 ml of water and dissolved, then 1M aqueous sodium perchlorate solution (3 equivalents) was added dropwise while heating to 70 ° C., and the precipitated colorless crystals were collected by filtration and dried by heating. (I) two perchlorate acetate ion adduct (Zn 2 L-CH 3 COO - · 2ClO 4 - · H 2 O) represented by the structural formula can be obtained in high yield. This crystal contains one molecule of crystal water.

本発明においては、上述のようなポリアミン亜鉛錯体がビオチンにより修飾されたものを用いてもよい。直鎖状もしくは分岐状のリンカー構造を介してビオチン修飾されていることがより好ましい。リンカー構造の分子量としては500〜1000の範囲であり、より好ましくは600〜900、更に好ましくは700〜900である。具体的には、式(IV)に示されるような構造のものが例示されるが、特に限定されるものではない。ビオチン修飾されたポリアミン亜鉛錯体の分子量が1000を超えると、安定性も悪くなり、リン酸への結合効率の点からも好ましくない。   In the present invention, a polyamine zinc complex as described above may be modified with biotin. It is more preferable that the biotin modification is carried out via a linear or branched linker structure. The molecular weight of the linker structure is in the range of 500 to 1000, more preferably 600 to 900, and still more preferably 700 to 900. Specifically, the structure shown in the formula (IV) is exemplified, but not particularly limited. When the molecular weight of the biotin-modified polyamine zinc complex exceeds 1000, the stability is also deteriorated, which is not preferable from the viewpoint of the binding efficiency to phosphoric acid.

上記の場合に、作用されるビオチン修飾ポリアミン亜鉛錯体の溶液濃度は特に限定されないが、通常は1μM〜10M、好ましくは10μM〜1M、より好ましくは10μM〜10mMの範囲である。またアレイへの作用様式に関しても特に限定されないが、ビオチン修飾ポリアミン亜鉛錯体溶液をアレイ表面全体に広がるのに必要な液量をドロップしてもよいし、溶液中にアレイを浸漬させてもよい。あるいはポンプを用いて溶液を送液しながら、アレイ表面上に溶液を接触させることにより作用させてもよい。作用温度は室温でもよいし、20〜40℃程度の一定温度でインキュベートさせてもよい。作用時間は10分から2時間程度が好ましく、30分から1時間程度がより好ましい。   In the above case, the solution concentration of the biotin-modified polyamine zinc complex to be acted on is not particularly limited, but is usually in the range of 1 μM to 10 M, preferably 10 μM to 1 M, more preferably 10 μM to 10 mM. The mode of action on the array is not particularly limited, but the amount of liquid necessary for spreading the biotin-modified polyamine zinc complex solution over the entire array surface may be dropped, or the array may be immersed in the solution. Or you may make it act by making a solution contact on an array surface, sending a solution using a pump. The action temperature may be room temperature or may be incubated at a constant temperature of about 20 to 40 ° C. The action time is preferably about 10 minutes to 2 hours, more preferably about 30 minutes to 1 hour.

本発明においては、ビオチン修飾ポリアミン亜鉛錯体を作用させた後、更にアビジンもしくはストレプトアビジンのようなレセプターを作用させることが好ましい。ストレプトアビジンを作用させる方がより好ましい。作用させるアビジンもしくはストレプトアビジンの濃度は特に限定されないが、通常は1μM〜10M、好ましくは10μM〜1M、より好ましくは10μM〜10mMの範囲である。またアレイへの作用様式に関しても特に限定されるものではなく、ビオチン修飾ポリアミン亜鉛錯体の場合と同様である。その場合、アビジンもしくはストレプトアビジンに、上述したような蛍光性物質もしくは化学発光性物質により標識されているものを用いてもよい。   In the present invention, it is preferable that after a biotin-modified polyamine zinc complex is allowed to act, a receptor such as avidin or streptavidin is further allowed to act. It is more preferable to make streptavidin act. The concentration of avidin or streptavidin to be actuated is not particularly limited, but is usually in the range of 1 μM to 10 M, preferably 10 μM to 1 M, more preferably 10 μM to 10 mM. The mode of action on the array is not particularly limited, and is the same as in the case of the biotin-modified polyamine zinc complex. In that case, avidin or streptavidin labeled with a fluorescent substance or a chemiluminescent substance as described above may be used.

あるいは、アビジンもしくはストレプトアビジンを作用させた後に、更にアビジンもしくはストレプトアビジンを認識する抗体を作用させることにより、検出感度を更に高めることが可能になる。その際に上述したような蛍光性物質もしくは化学発光性物質により標識されているものを用いるのが好ましい。抗体を作用させる際の濃度は特に限定されないが、好ましくは0.01〜10μg/ml、より好ましくは0.1からμg/ml程度である。抗体としてはモノクロナール抗体、ポリクロナール抗体いずれも適用できるが、特異性の点でモノクロナール抗体の方が好ましい。アレイへの作用様式に関しても特に限定されるものではなく、ビオチン修飾ポリアミン亜鉛錯体、アビジンもしくはストレプトアビジンの場合と同様である。   Alternatively, after the avidin or streptavidin is allowed to act, an antibody that recognizes avidin or streptavidin is allowed to act further, so that the detection sensitivity can be further increased. In that case, it is preferable to use those labeled with a fluorescent substance or a chemiluminescent substance as described above. The concentration at which the antibody is allowed to act is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 μg / ml, more preferably about 0.1 to μg / ml. As the antibody, either a monoclonal antibody or a polyclonal antibody can be applied, but the monoclonal antibody is more preferable in terms of specificity. The mode of action on the array is also not particularly limited, and is the same as in the case of biotin-modified polyamine zinc complex, avidin or streptavidin.

また、ビオチン修飾ポリアミン亜鉛錯体、アビジンもしくはストレプトアビジンを順次作用させてもよいが、予めビオチン修飾ポリアミン亜鉛錯体とアビジンもしくはストレプトアビジンの複合体を形成させたものを直接作用させてもよい。この場合も上述のように、さらにアビジンもしくはストレプトアビジンを認識する抗体を作用させてもよい。複合体の形成に際しては、ビオチン修飾ポリアミン亜鉛錯体とアビジンもしくはストレプトアビジンとのモル比にして1:1乃至4:1にして反応させるのがよい。反応物は精製して未反応物を除去する方が好ましいが、反応物をそのまま適用することも可能である。   Further, a biotin-modified polyamine zinc complex, avidin or streptavidin may be allowed to act sequentially, but a biotin-modified polyamine zinc complex and a complex of avidin or streptavidin previously formed may be allowed to act directly. In this case, as described above, an antibody that recognizes avidin or streptavidin may be allowed to further act. In forming the complex, it is preferable that the biotin-modified polyamine zinc complex and avidin or streptavidin are reacted in a molar ratio of 1: 1 to 4: 1. The reaction product is preferably purified to remove unreacted product, but the reaction product can be applied as it is.

こうしたキレート性化合物の適用は、上述したような方法により非常に安価に合成することができる点で有利である。また常温により保存ができる点でも安定で使いやすく、流通面においても有利である。またリン酸化されるアミノ酸残基の種類に関係なく作用をすることや、リン酸化されたアミノ酸の近傍におけるアミノ酸配列に対して反応が依存しない点において、特に抗体を用いて検出する方法と比較して大きな優位性を有している。   The application of such a chelating compound is advantageous in that it can be synthesized at a very low cost by the method described above. In addition, it is stable and easy to use in that it can be stored at room temperature, which is advantageous in terms of distribution. Compared with the detection method using antibodies in particular, it acts regardless of the type of amino acid residue to be phosphorylated and is independent of the reaction with the amino acid sequence in the vicinity of the phosphorylated amino acid. Have great advantages.

また、上記プロテインフォスファターゼとしては、種々のチロシンフォスファターゼあるいはセリン/スレオニンフォスファターゼが挙げられる。これらプロテインフォスファターゼの種類については特に限定されるものではなく、基本的にはあらゆる種類のプロテインフォスファターゼに対して適用することが可能である。   Examples of the protein phosphatase include various tyrosine phosphatases or serine / threonine phosphatases. The types of these protein phosphatases are not particularly limited, and can basically be applied to all types of protein phosphatases.

以下、実施例を挙げることにより、本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に特に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not specifically limited to an Example.

(ペプチド固定化)
スライドグラス(松浪硝子工業製S1226;サイズ:26mm×76mm×1mm)に金を蒸着処理した金スライド(コート内容:1層目 クロム20Å、2層目 金450Å)を、1mM濃度の8−Amino−1−octanethiol,hydrochloride(同仁化学製)のエタノール溶液中に室温で1.5時間浸漬させた。こうしてアミノ基表面を形成させた。この金スライドを、エタノール及び水で洗浄して乾燥を行った後、0.4mg/ml濃度のSSMCC(Pierce製)溶液(150mM NaClを含む10mM リン酸バッファー;pH7.4に溶解して調製した。)を各々のガラス基板上のペプチドを固定化する領域を覆うように、300μlをドロップして溶液を広げて、室温で15分間置反応させた。こうして、基板上にマレイミド基表面を形成させることができた。その後ガラス基板をエタノール、水の順で洗浄し乾燥させた。
(Peptide immobilization)
A gold slide (coated content: first layer of chrome 20 mm, second layer of 450 mm) obtained by depositing gold on a slide glass (S1226 manufactured by Matsunami Glass Industry; size: 26 mm × 76 mm × 1 mm), 8-Amino- with a concentration of 1 mM. It was immersed in an ethanol solution of 1-octanethiol and hydrochloride (manufactured by Dojindo) at room temperature for 1.5 hours. In this way, an amino group surface was formed. The gold slide was washed with ethanol and water, dried, and then dissolved in a 0.4 mg / ml SSMCC (Pierce) solution (10 mM phosphate buffer containing 150 mM NaCl; pH 7.4). .) Was spread by dropping 300 μl so as to cover the region on each glass substrate where the peptide was immobilized, and allowed to react at room temperature for 15 minutes. In this way, a maleimide group surface could be formed on the substrate. Thereafter, the glass substrate was washed with ethanol and then water and dried.

乾燥後、ガラス基板上に基質となる合成ペプチド(以下、基質ペプチドとも示す。)をスポッター(東洋紡績製MultiSPRinter(登録商標)自動スポッター)を用いて10nlずつスポットし、湿度を保った状態で、室温で16時間静置して基質ペプチドを固定化させた。用いた基質ペプチドは、配列表に示したアミノ酸配列のものであり、図1に各基質ペプチドの固定化された配置を示した。No.1,2(配列番号1)はチロシンフォスファターゼであるPTPβの基質ペプチド(リン酸化チロシン含有)をそれぞれ100μg/ml、10μg/ml濃度でのスポット、No.3,4(配列番号2)はセリンフォスファターゼであるPP2Aの基質ペプチド(リン酸化セリン含有)をそれぞれ100μg/ml、10μg/ml濃度でのスポット、No.5,6(配列番号3)はPP2Aの基質ペプチドのネガティブコントロール(非リン酸化セリン含有)をそれぞれ100μg/ml、10μg/ml濃度でのスポットである。いずれのペプチドも末端にシステイン残基が付加されてなり、このシステイン残基の有するチオール基が、基板表面のマレイミド基とカップリング反応することにより基板上に基質ペプチドが固定化されるものである。基質ペプチドの固定化パターンは図1に示す通りである。基質ペプチド溶液は、150mM NaCl及び1mM トリス(2−カルボキシエチル)ホスフィン塩酸塩(東京化成工業製)を含む10mM リン酸バッファー(pH7.4)中に1mg/ml濃度になるように溶解したものを用いた。   After drying, a synthetic peptide (hereinafter also referred to as a substrate peptide) serving as a substrate is spotted 10 nl on a glass substrate using a spotter (MultiSPRinter (registered trademark) automatic spotter manufactured by Toyobo), and the humidity is maintained. Then, the substrate peptide was immobilized by standing at room temperature for 16 hours. The substrate peptides used were of the amino acid sequences shown in the sequence listing, and FIG. 1 shows the immobilized arrangement of each substrate peptide. No. 1 and 2 (SEQ ID NO: 1) are spots of PTPβ substrate peptide (containing tyrosine phosphotyrosine) which is a tyrosine phosphatase at concentrations of 100 μg / ml and 10 μg / ml, respectively. Nos. 3 and 4 (SEQ ID NO: 2) are PP2A substrate peptides (containing serine phosphatase), which are serine phosphatases, at spots of 100 μg / ml and 10 μg / ml, respectively. 5 and 6 (SEQ ID NO: 3) are spots at a concentration of 100 μg / ml and 10 μg / ml of negative control (containing non-phosphorylated serine) of the substrate peptide of PP2A, respectively. Each peptide has a cysteine residue added to the end, and the substrate peptide is immobilized on the substrate by a coupling reaction between the thiol group of the cysteine residue and the maleimide group on the substrate surface. . The immobilization pattern of the substrate peptide is as shown in FIG. The substrate peptide solution was dissolved in 10 mM phosphate buffer (pH 7.4) containing 150 mM NaCl and 1 mM Tris (2-carboxyethyl) phosphine hydrochloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry) to a concentration of 1 mg / ml. Using.

(未反応マレイミド基のブロッキング)
基質ペプチドを固定化した表面をリン酸緩衝液で洗浄した後、未反応のマレイミド基をブロッキングするために、PEGチオール(日本油脂製SUNBRIGHT(登録商標) MESH−50H)を1mM濃度になるようにリン酸緩衝液(20mMリン酸、150mM NaCl;pH7.2)に溶解して、300μlをチップ上に注出し、室温で30分反応させた。ここで用いたPEGチオールの分子量は5,000である。
(Blocking of unreacted maleimide groups)
After washing the surface on which the substrate peptide is immobilized with a phosphate buffer, in order to block unreacted maleimide groups, PEG thiol (SUNBRIGHT (registered trademark) MESH-50H manufactured by NOF Corporation) is adjusted to a concentration of 1 mM. It melt | dissolved in the phosphate buffer (20 mM phosphate, 150 mM NaCl; pH 7.2), 300 microliters was poured on the chip | tip, and it was made to react at room temperature for 30 minutes. The molecular weight of PEG thiol used here is 5,000.

(脱リン酸化の検出)
上記のようにブロッキングを行ったアレイをPBS及び水でアレイの洗浄を行い、PP2Aによる脱リン酸化を行った。PP2A溶液300μlをアレイ上にドロップして、30℃で脱リン酸化反応を行った。PP2A溶液は、PPase−2A(プロメガ製)を1ユニット/μl濃度になるように、50mM トリス−塩酸緩衝液(pH8.5;20mM MgCl、1mM DTT、0.1mg/ml濃度BSA含有)で希釈して用いた。
(Detection of dephosphorylation)
The array that had been blocked as described above was washed with PBS and water, and dephosphorylated with PP2A. 300 μl of PP2A solution was dropped on the array and dephosphorylated at 30 ° C. The PP2A solution is 50 mM Tris-HCl buffer solution (pH 8.5; 20 mM MgCl 2 , 1 mM DTT, containing 0.1 mg / ml BSA) so that the concentration of Pase-2A (manufactured by Promega) is 1 unit / μl. Used diluted.

上記のアレイをPBS、水の順で洗浄した後、ビオチン修飾ポリアミン亜鉛錯体を作用させた。ビオチン修飾ポリアミン亜鉛錯体としては、以下の式(IV)に示されるPhos−tag(登録商標)BTL−104(株式会社ナード研究所より購入)を用いた。Phos−tag(登録商標)BTL−104は25μg/ml濃度とし、溶解液には0.005%Tween20,10%(v/v)エタノール、0.2M硝酸ナトリウム、1mM硝酸亜鉛を含む10mM HEPES−NaOH緩衝液(pH7.4)を用いた。作用は室温で1時間行った。     The array was washed with PBS and water in this order, and then a biotin-modified polyamine zinc complex was allowed to act on it. As the biotin-modified polyamine zinc complex, Phos-tag (registered trademark) BTL-104 (purchased from Nard Laboratory Co., Ltd.) represented by the following formula (IV) was used. Phos-tag (registered trademark) BTL-104 has a concentration of 25 μg / ml, and the lysis solution contains 10 mM HEPES- containing 0.005% Tween 20, 10% (v / v) ethanol, 0.2 M sodium nitrate, 1 mM zinc nitrate. NaOH buffer (pH 7.4) was used. The action was carried out for 1 hour at room temperature.

次に、蛍光標識されたストレプトアビジン(以下、SAと示すこともある。)を作用させた。蛍光標識されたSAとしては、Alexa Fluor532標識ストレプトアビジン(Molecular Probes製)を1μg/ml濃度で用いた。蛍光標識SAのそれぞれの溶液を10μg/ml濃度で15分間、室温で反応に用いた。反応溶液300μlをアレイ上にドロップして溶液を広げて室温で30分間反応させた。   Next, fluorescently labeled streptavidin (hereinafter also referred to as SA) was allowed to act. As fluorescently labeled SA, Alexa Fluor532 labeled streptavidin (Molecular Probes) was used at a concentration of 1 μg / ml. Each solution of fluorescently labeled SA was used for the reaction at a concentration of 10 μg / ml for 15 minutes at room temperature. 300 μl of the reaction solution was dropped on the array to spread the solution and reacted at room temperature for 30 minutes.

上記アレイをPBS、水の順に洗浄して乾燥させ、蛍光イメージング解析を行った。アレイ解析に際しては、マイクロアレイスキャナGenePix4200AL(Axon Instruments製)を用いた。結果を図2に示した。脱リン酸化反応を行わない状態のアレイ(0分)においては、リン酸化ペプチドの固定化されているスポット(No.1〜4)において蛍光発色が見られ、非リン酸化ペプチドの固定化されているスポット(No.5及び8)においては発色が見られていない。そして、PP2Aによる反応を行うことにより、PP2A基質の固定化されているスポット(No.3及び4)においては、経時的に蛍光が消光していく様子が確認できた。なお、PTPβの基質ペプチドが固定化されているスポット(No.3及び4)においては、蛍光の変化がほとんど見られていない。したがって、PP2AによりOn−chipで脱リン酸化された基質の検出に成功できているものといえる。   The array was washed with PBS and water in that order and dried, and then fluorescence imaging analysis was performed. For the array analysis, a microarray scanner GenePix4200AL (manufactured by Axon Instruments) was used. The results are shown in FIG. In the array without dephosphorylation (0 minutes), fluorescent coloration was observed at the spots (No. 1 to 4) where the phosphorylated peptide was immobilized, and the non-phosphorylated peptide was immobilized. In the spots (No. 5 and 8), no color development is observed. Then, by carrying out the reaction with PP2A, it was confirmed that the fluorescence was quenched with time in the spots (Nos. 3 and 4) where the PP2A substrate was immobilized. In addition, in the spot (No. 3 and 4) to which the substrate peptide of PTPβ is immobilized, there is almost no change in fluorescence. Therefore, it can be said that PP2A has succeeded in detecting the substrate dephosphorylated on-chip.

本発明の方法により、特殊な技術を要することもなく、非常に簡便で迅速に様々なプロテインフォスファターゼ動態の解析を行うことが可能となった。キレート化合物を用いることにより、安価で取り扱いも容易であるうえに、リン酸化アミノ酸の種類やその近傍のアミノ酸配列による影響も受けない点でも従来の方法と比べて大きな優位性がある。本発明を利用することにより、特に多種類のプロテインフォスファターゼシグナルを網羅的に解析することができ、機能が未知な遺伝子の導入、あるいは薬物投与に伴う細胞内のプロテインフォスファターゼ動態を効果的にプロファイリングすることができる。これにより新規な遺伝子からの機能解析、新薬探索へのアプローチといったゲノム創薬への展開が期待され、産業界に寄与することが大である。   According to the method of the present invention, it is possible to analyze various protein phosphatase kinetics very easily and quickly without requiring a special technique. By using a chelate compound, it is inexpensive and easy to handle, and has a great advantage over conventional methods in that it is not affected by the type of phosphorylated amino acid or the amino acid sequence in the vicinity thereof. By using the present invention, it is possible to comprehensively analyze various types of protein phosphatase signals, and effectively profile protein phosphatase kinetics in cells accompanying the introduction of genes with unknown functions or drug administration. be able to. As a result, it is expected to expand into genome drug discovery such as functional analysis from new genes and approaches to new drug discovery, and it will greatly contribute to the industry.

実施例において作製されたアレイ上のペプチドの固定化パターンを示す図である。It is a figure which shows the fixed pattern of the peptide on the array produced in the Example. 実施例において、PKAによるOn−chipでの脱リン酸化に関するアレイ解析を行った結果を示す図である。In an Example, it is a figure which shows the result of having performed the array analysis regarding the dephosphorylation in On-chip by PKA.

Claims (10)

基板上に固定化されたペプチドもしくは蛋白質の脱リン酸化を検出する方法であって、ペプチドもしくは蛋白質が固定化されている基板にキレート性化合物を作用させた後、蛍光もしくは化学発光を用いてリン酸化を検出することを特徴とするプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。   A method for detecting dephosphorylation of a peptide or protein immobilized on a substrate, wherein a chelating compound is allowed to act on the substrate on which the peptide or protein is immobilized, and then phosphorylation is performed using fluorescence or chemiluminescence. A method for detecting protein phosphatase activity, which comprises detecting oxidation. キレート性化合物がポリアミン亜鉛錯体であることを特徴とする請求項1記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。     The method for detecting protein phosphatase activity according to claim 1, wherein the chelating compound is a polyamine zinc complex. キレート性化合物がポリアミン化合物を配位子として有する二核亜鉛錯体であることを特徴とする請求項1又は2に記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。     The method for detecting protein phosphatase activity according to claim 1 or 2, wherein the chelating compound is a dinuclear zinc complex having a polyamine compound as a ligand. キレート性化合物が式(I)に記載される化合物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。
The method for detecting protein phosphatase activity according to any one of claims 1 to 3, wherein the chelating compound is a compound represented by the formula (I).
基板がガラスであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。     The method for detecting protein phosphatase activity according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate is glass. 表面が金であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。     The method for detecting protein phosphatase activity according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface is gold. 末端にシステイン残基の付加されているペプチドが固定化されてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。     The method for detecting protein phosphatase activity according to any one of claims 1 to 6, wherein a peptide having a cysteine residue added thereto is immobilized. キレート性化合物に蛍光性物質もしくは化学発光性物質により修飾された化合物を用いることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。     The method for detecting protein phosphatase activity according to any one of claims 1 to 7, wherein the chelating compound is a compound modified with a fluorescent substance or a chemiluminescent substance. キレート性化合物にビオチンで修飾された化合物を用い、かつ蛍光性物質もしくは化学発光性物質により修飾されたアビジンもしくはストレプトアビジンを作用させることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。     The protein according to any one of claims 1 to 8, wherein a compound modified with biotin is used as the chelating compound and avidin or streptavidin modified with a fluorescent substance or a chemiluminescent substance is allowed to act on the protein. Method for detecting phosphatase activity. ビオチンで修飾されたキレート性化合物と蛍光性物質もしくは化学発光性物質により修飾されたアビジンもしくはストレプトアビジンとの複合体を用いることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のプロテインフォスファターゼ活性の検出方法。     A protein phosphatase activity according to any one of claims 1 to 9, wherein a complex of a chelating compound modified with biotin and an avidin or streptavidin modified with a fluorescent substance or a chemiluminescent substance is used. Detection method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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